Виды радиолокационных систем

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Минский государственный высший радиотехнический колледж»

Реферат на тему:

«Виды радиолокационных систем»

Руководитель                                                                    
                       /А.В. Яковлев/

Учащаяся                                                                        
                        /О.И. Стельмах/

2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….3

1 Общие сведения о радиолокационных системах……………………………………....4

1.1 Основные понятия и определения…………………………………………….4

1.2 Классификация радиолокационных устройств и систем……………………5

1.3 Виды радиолокации и радиолокационных систем…………………………..6

1.4Многопозиционные радиолокационные системы…………………………...8

Заключение…………………………………………………………………………13

Список используемой литературы……………………………………………….14

Введение

Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения. 16 января 1934 года  в Ленинградском физико — техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А. Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б. К. Шембель, В.В. Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был
испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П, А, Погорелко и Н, Я, Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам , она сослужила хорошую службу во время Великой
Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты Солнечной системы и поверхность нашей Земли, определяют параметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

1.             Общие сведения о радиолокационных системах

1.1 Основные понятия и определения

Радиолокация это обнаружение и распознавание объектов с помо­щью радиоволн, а также определение их местоположения и параметров движения в пространстве. Объекты радиолокации (ОЛ) называются ра­диолокационными целями или просто целями. В радиолокации обычно используются отраженные от цели сигналы или сигналы, излучаемые самой целью и радиоустройствами, установленными на ней.

Радиотехнические системы и устройства, решающие задачи ра­диолокации, называются радиолокагцюнными системами (РЛС) и уст­ройствами (РЛУ), радиолокационными станциями и реже радиолока­торами или радарами.

Радиолокационные системы относятся к классу радиотехнических систем извлечения информации об объектах из принимаемого радиосиг­нала. Таким образом, РЛС осуществляют поиск и обнаружение радиосиг­нала с последующим измерением его параметров, содержащих полезную информацию. В РЛС задачи обнаружения и определения местоположения цели решаются, как правило, без помощи аппаратуры объекта.

Определение местоположения ОЛ в РЛС требует измерения коор­динат объекта (цели). В некоторых ситуациях необходимо также знание составляющих вектора скорости объекта (цели). Геометрические или механические величины, которые характеризуют положение и переме­щение объекта или цели, называют локационными элементами (IV).

Радиолокационные системы обычно используются в качестве дат­чиков информации в более сложных структурах - комплексах.

Комплексы - это совокупность функционально связанных датчи­ков, систем и устройств, предназначенная для решения конкретной так­тической задачи, например, при управлении воздушным движением, обеспечении полета и посадки самолетов. В комплекс могут входить:

1.      Информационные датчики (ИД), как радиоэлектронные, так и не­радиотехнические (например, инерциальные);

2.      Вычислительная система (процессор) на базе одной или несколь­ких электронных вычислительных машин (ЭВМ) или на базе специали­зированных вычислителей, закрепленных за отдельными датчиками, в которой обрабатывается и преобразуется информация ИД в сигналы для внешних систем, например, системы управления объектом;

3.      Система связи и обмена информацией, состоящая из кабельных, оптоволоконных и других устройств связи между частями комплекса;

4.      Система отображения информации (индикации) и управления комплексом, связывающая человека-оператора и комплекс;

5.      Система контроля, предназначенная для исключения возможно­сти использования неисправного комплекса.

Использование РЛС в качестве одной из частей комплекса требует системного подхода к выбору ее характеристик, что дает возможность в ряде случаев их снизить, например, по точности и надежности, а следо­вательно, уменьшить сложность и стоимость РЛС.

1.2  Классификация радиолокационных устройств и систем

Основными классификационными признаками радиолокационных устройств и систем являются назначение, характер принимаемого сигна­ла, вид измеряемого элемента W и иногда степень автономности.

По назначению РЛС подразделяют на обзорные и следящие.

Обзорные РЛС применяют для обнаружения и измерения координат всех целей в данной области пространства или земной поверхности, а также для управления воздушным движением (УВД) противовоздушной (проти­воракетной) обороны (ПВО и ПРО), разведки, получения метеорологиче­ской информации и т.п. (рис. 1.9).

Следящие РЛС выполняют функ­цию точного и не­прерывного опреде­ления координат одной или ряда целей. Полученная РЛС ин­формация использу­ется, например, для наведения оружия на цель или для

Различают автономные и неавтономные системы и устройства. Автономные работают самостоятельно без помощи других радиоэлек­тронных устройств и не используют радиолиний, связывающих борто­вую аппаратуру данного объекта с внешними по отношению к нему системами и устройствами. В таких радиосистемах реализуется принцип однопозиционной радиолокации, т.е. информация об элементах W извлекается из отраженного от земной поверхности или цели сигнала.

Неавтономные имеют в своем составе как бортовую аппаратуру, установленную на объекте, так и связанную с ней радиолинией аппара­туру специальных радиоустройств, размещаемых в наземных пунктах или на других объектах, т.е. реализуется принцип многопозиционной радиолокации.

Основными характерными признаками сигнала являются вид излу­чаемого (зондирующего) сигнала (непрерывный или импульсный), тип модуляции, динамический диапазон мощности, ширина спектра и др.

По виду измеряемого элемента W различают угломерные, дально- мерные и разностно-дальномерные устройства, а также устройства из­мерения скорости.

Угломерные устройства радиолокаторов определяют угол между опорным направлением и направлением на ОЛ в горизонтальной (W = α) или вертикальной (W = β) плоскости (измеряют пеленг) в соответст­вующей системе координат. К этим устройствам (радиопеленгаторам) относят средства, которые позволяют найти угловые координаты источ­ника излучения электромагнитных колебаний по результатам измерения направления прихода радиоволн.

Дальномерные устройства (радиодальномеры) предназначены для измерения расстояния до объекта (W=R). Обычно радиодальномеры из­меряют запаздывание отраженного ОЛ сигнала относительно собствен­ного излученного (зондирующего) сигнала. Дальномеры - часть боль­шинства РЛС, они также применяются самостоятельно, например, для нахождения высоты полета ЛА (радиовысотомеры). Дальномеры могут реализовать принцип запрос - ответ, когда дальность измеряется по ретранслируемому сигналу.

Разностно-дальномерные устройства позволяют найти элемент Ж=/?д=/?|-/?₂, где /?i и /?₂ - расстояния до объекта от двух излучающих (переизлучающих) устройств в многопозиционной РЛ системе, опреде­ляемое путем сравнения информативных параметров сигналов.

1.3  Виды радиолокации и радиолокационных систем

Виды радиолокации. В радиолокационных системах находят применение активная, активная с активным ответом и пассивная радио­локация.

Активная радиолокация (рис. 1.1, а) предполагает, что обнаружи­ваемый объект, находящийся в точке О, не является источником радио­сигналов. В такой РЛС передатчик (Прд) генерирует зондирующий сиг­нал, антенна в процессе обзора пространства облучает цель. Приемник (Прм) усиливает и преобразует принятый от цели отраженный сигнал и выдает его на выходное устройство (ВУ), решающее задачу обнаруже­ния и измерения координат объекта.

Активная радиолокация с активным ответом (рис. 1.1, 6) реализу­ет принцип запрос - ответ и отличается тем, что обнаруживаемый объ­ект оснащен ответчиком. Передатчик запросчика (Прд1) вырабатывает сигнал запроса, а антенна запросчика в процессе обзора пространства облучает объект, оснащенный ответчиком. Последний принимает сиг­нал запроса (Прм2) и посылает ответный сигнал на Прд2. Приняв и об­наружив этот сигнал, запросчик с помощью выходного устройства (ВУ) находит координаты объекта, оснащенного ответчиком. В таких систе­мах возможны кодированные запрос и ответ, что повышает помехо­устойчивость линии передачи информации. Кроме того, по линии за­просчик - ответчик можно передавать дополнительную информацию. Поскольку объект активный (имеется передатчик Прд2), дальность дей­ствия РЛС увеличивается по сравнению с дальностью действия обыч­ной активной радиолокационной системы, однако РЛС усложняется (иногда этот вид радиолокации называют вторичной радиолокацйей).

Пассивная радиолокация решает задачу обнаружения активного объекта, излучающего радиоволны (рис. 1.1, в). При пассивном обнару­жении цели возможны две ситуации: когда на обнаруживаемом объекте имеется радиопередатчик, сигналы которого улавливаются пассивной РЛС, и когда принимается естественное излучение пассивного объекта в радио- или инфракрасном диапазоне волн, возникающее при температу­ре объекта выше абсолютного нуля и при температурном контрасте с окружающими объектами. Этот вид радиолокации отличается просто­той и высокой защищенностью от помех.

Виды радиолокационных систем. По характеру размещения час­тей аппаратуры в пространстве различают однопозиционные, двухлози- ционные (бистатические) и многопозиционные РЛС. Последние два ти­па РЛС отличаются тем, что их аппаратура разнесена в пространстве и эти РЛС могут функционировать как самостоятельно, так и совместно (разнесенная радиолокация). Благодаря пространственному разнесению элементов в таких системах достигаются большие информативность и помехозащищенность, однако сама система усложняется.

Однопозиционные радиолокационные системы (ОПРЛС) отличают­ся тем, что вся аппаратура располагается на одной позиции. Далее будем обозначать такие системы РЛС. В ОПРЛС реализуется активный или пас­сивный вид радиолокации (см. рис. 1.1, а - в). При активной радиолока­ции с активным ответом аппаратура запросчика располагается в одной точке пространства, а ответчика - в другой. В зависимости от назначения РЛС и типа используемых сигналов структурные схемы ОПРЛС могут быть конкретизированы и при этом значительно отличаться друг от дру­га. Рассмотрим в качестве примера работу импульсной активной РЛС обнаружения воздушных целей для управления воздушным движением (УВД), структура которой приведена на рис. 1.2. Устройство управления обзором (управления антенной) служит для просмотра пространства (обычно кругового) лучом антенны, узким в горизонтальной плоскости и широким в вертикальной.

В рассматриваемой ОПРЛС используется импульсный режим из­лучения, поэтому в момент окончания очередного зондирующего ра­диоимпульса единственная антенна переключается от передатчика к приемнику и используется для приема до начала генерации следующего зондирующего радиоимпульса, после чего антенна снова подключается к передатчику и т.д.

Эта операция выполняется переключателем прием-передача (ППП). Пусковые импульсы, задающие период повторения зондирующих сигна­лов и синхронизирующие работу всех подсистем ОПРЛС, генерирует син­хронизатор (Синх). Сигнал с приемни­ка (Прм) после аналого-цифрового преобразователя АЦП поступает на аппаратуру обработки информации - процессор сигналов, где выполняется первичная обработка информации, со­стоящая в обнаружении сигнала и из­мерении координат цели. Отметки це­лей и трассы траекторий формируются при вторичной обработке информации в процессоре данных.

Сформированные сигналы вме­сте с информацией об угловом поло­жении антенны передаются для даль­нейшей обработки на командный пункт, а также для контроля на индикатор кругового обзора (ИКО). При автономной работе радиолокатора ИКО служит основным элементом для наблюдения воздушной обстановки. Такая РЛС обычно ведет обра­ботку информации в цифровой форме. Для этого предусмотрено уст­ройство преобразования сигнала в цифровой код (АЦП).

Бистатические радиолокационные системы (БиРЛС) представля­ют собой РЛС, в которых передающая и приемная части расположены в различных точках пространства (см. рис. 1.1, г). Такие БиРЛС основаны на активном виде радиолокации.

1.4  Многопозиционные радиолокационные системы

Многопозиционные радиолокационные системы (МГТРЛС) (рис.1.4) в общем случае объединяют однопозиционные (ОПРЛС1 и ОПРЛС2), биста- тические (БиРЛС 1 — БиРЛСб) и пас­сивные (ПРЛС1 — ПРЛС4) РЛС, рас­положенные в различных точках пространства (по­зициях). Расстоя­ние между позициями РЛС называется базой (Б). На рис.2.5 показана структура МПРЛС, имеющей общую передающую и три разнесенные приемные позиции. Такую МПРЛС называют полу активной. Частным случаем по- луактивной системы является БиРЛС.

Многопозиционные РЛС имеют несколько баз, которые обозначаются Бjk, где индексы j и k соответст­вуют номерам или названи­ям позиций. Следует отме­тить, что в зависимости от тактического назначения МПРЛС и размещения ее элементов базы системы могут менять положение и размеры при перебазировании системы или при размещении аппаратуры МПРЛС на подвижных объектах, в том числе на атмосферных ЛА. Часто используется смешанное базирование МПРЛС, например, передающая аппаратура на ЛА, а приемная на Зем­ле, и наоборот. Если при перемещении или перебазировании взаимное расположение позиций не изменяется, то такие МПРЛС называют МПРЛС с неподвижными базами. Все другие системы со­ставляют группу МПРЛС с подвижными базами.

В современных МПРЛС используются как отдельные виды радио­локации, так и их совокупность, в них также можно применять различ­ные методы определения местоположения целей в пространстве. Эти особенности приводят к большей помехозащищенности системы в це­лом. При разнесении РЛС в пространстве на каждой позиции может размещаться приемная аппаратура пассивная МПРЛС), приемная и пе­редающая аппаратура (пассивно-активная МПРЛС) или аппаратура ОПРЛС (активная МПРЛС).

В обобщенной структуре МПРЛС (рис. 1.6) можно выделить ос­новные компоненты системы: аппара­туру разнесенных позиций (П), каналы передачи информации (1), каналы син­хронизации (2) и пункт обработки ин­формации ПОИ, где поступающие от разнесенных позиций сигналы и ин­формация объединяются и обрабаты­ваются совместно, что позволяет реа­лизовать ряд преимуществ МПРЛС пе­ред однопозиционной РЛС.

Основные из этих преимуществ:

1.      Возможность формирования сложных пространственных зон обзора;

2.      Лучшее мпрлс использование энергии в системе;

3.      Большая точность измерения местоположения целей в пространстве;

4.      Возможность измерения полного вектора скорости целей;

5.      Повышение помехозащищенности по отношению к активным и пассивным помехам, а также увеличение надежности выполнения тактической задачи.

Однако эти преимущества достигаются ценой увеличения сложно­сти и стоимости системы. Возникает необходимость синхронизации ра­боты позиций (в том числе и при обзоре пространства) и организации ли­ний передачи данных. Возрастает и сложность обработки информации из-за большого ее объема. Однако, несмотря на указанные недостатки, МПРЛС получили широкое распространение в практике радиолокации. В зависимости от задачи, решаемой в процессе обработки информации в МПРЛС, различают первичный, вторичный и третичный виды обработки.

Первичная обработка заключается в обнаружении сигнала цели и измерении ее координат с соответствующими качеством или погрешно­стями. Вторичная обработка предусматривает определение параметров траектории каждой цели по сигналам одной или ряда позиций МПРЛС, включая операции отождествления отметок целей. При третичной обра­ботке объединяются параметры траекторий целей, полученных различ­ными приемными устройствами МПРЛС с отождествлением траекторий.

Виды многопозиционных РЛС. В зависимости от использования на разнесенных в пространстве позициях фазовой информации, содер­жащейся в отраженных от цели сигналах, различают МПРЛС простран­ственно-когерентные,, с кратковременной пространственной коге­рентностью и пространственно-некогерентные.

Под пространственной когерентностью понимают способность со­хранять жесткую связь фаз высокочастотных сигналов на разнесенных позициях. Степень пространственной когерентности зависит от длины

волны сигнала, величины баз МПРЛС и размеров цели, а также от неод­нородностей параметров трасс распространения радиоволн.

Если цель можно считать точечной, то фазовый фронт волны име­ет форму сферы, а принимаемые на разнесенных позициях сигналы же­стко связаны по фазе и когерентны. При протяженных целях фазовый фронт формируется в процессе интерференции электромагнитных волн от локальных центров отражения («блестящих» точек) цели. Большая протяженность цели приводит к флуктуациям фазового фронта, которые могут нарушить пространственную когерентность (корреляцию) сигна­лов, принятых на разнесенных позициях.

При однородной среде распространения и малой базе (Б > 0) сиг­налы на входе приемных устройств идентичны и когерентны. С увели­чением базы сигналы начинают различаться в основном из-за многоле­песткового характера диаграммы обратного рассеяния (ДОР) цели. При некотором размере базы Б/=/?Х/-//_ц, где R - дальность до цели; /_ц - наи­больший размер цели, приемные позиции принимают отраженные от цели сигналы по разным лепесткам ДОР. Эти сигналы независимы и не- коррелированы.

Пространственно-когерентные РЛС извлекают всю информацию, содержащуюся в пространственной структуре поля радиоволн, вплоть до фазовых соотношений. В этих РЛС фазовые набеги в каналах приема и обработки сигналов различных пространственных позиций одинаковы в интервалах времени, намного превышающих длительность сигнала (истинно когерентные системы). Поэтому аппаратура позиций синхро­низируется во времени, а также по частоте и фазе высокочастотных ко­лебаний. Разнесенные позиции образуют специфически расположенную фазированную антенную решетку (ФАР).

Системы с кратковременной пространственной когерентностью имеют постоянство фазовых соотношений в трактах аппаратуры позиций в пределах длительности используемого сигнала (псевдокогерент- ные системы). При этом можно извлекать информацию о доплеровских частотах по изменению фаз в пределах длительности сигнала, но нельзя осуществлять фазовую пеленгацию, поскольку принимаемые на пози­циях сигналы некогерентны в один и тот же момент времени. Аппара­тура позиций синхронизируется по времени и частоте, но не по фазе.

Пространственно-некогерентные РЛС обрабатывают сигналы по­сле их детектирования, но до объединения в пункте обработки информа­ции МПРЛС. Здесь не требуется синхронизация аппаратуры позиций по частоте и фазе. Нужно отметить, что пространственная некогерентность не противоречит временной когерентности сигналов, поступающих в ап­паратуру каждой позиции. Поэтому на каждой позиции можно измерять радиальную составляющую скорости по доплеровскому сдвигу частоты.

Виды объединения информации в МПРЛС. В пункте обработки информации возможно объединение когерентных сигналов (когерент­ное объединение), видеосигналов, обнаруженных отметок и единичных замеров (результатов однократного измерения параметров сигнала или элементов W), а также объединение траекторий.

Когерентное объединение - наивысший уровень объединения инфор­мации. Радиочастотные сигналы от позиций МПРЛС поступают на цен­тральный пункт обработки информации, где выполняются все операции об­наружения, отождествления и определения параметров движения цели и ее местоположения. Система, в которой осуществляется когерентное объеди­нение сигналов, обладает наибольшими возможностями, так как в ней мож­но использовать пространственную когерентность сигналов, при которой отсутствуют случайные изменения разности фаз сигналов, принимаемых на позициях МПРЛС. Такая система отличается наибольшей простотой аппа­ратуры приемных позиций, однако усложняется ПОИ и требуются широко­полосные линии передачи сигналов с высокой пропускной способностью.

Объединение траекторий - низший уровень объединения инфор­мации. С позиций сигналы поступают после вторичной обработки и от­браковки ложных отметок целей, поэтому большинство вычислитель­ных операций выполняется на позициях МПРЛС, аппаратура которых наиболее сложна. Аппаратура центра обработки информации упрощает­ся, и линии связи работают в наиболее легких условиях.

Таким образом, чем выше уровень объединения информации, т.е. чем меньше информации теряется на приемных позициях до совместной обра­ботки, тем выше энергетические и информационные возможности МПРЛС, но тем сложнее аппаратура центрального пункта обработки и выше требо­вания к пропускной способности линий передачи информации.

Заключение

В области радиолокационных систем (РЛС), как и в любой другой области техники, происходит непрерывный процесс обновления, замены устаревших средств новыми модификациями. Расширяются и усложняются решаемые ими задачи, растут их показатели эффективности и качества, совершенствуются прежние и создаются новые конструкции, расширяются связи РЭС с другими системами.

В развитии радиоэлектронных систем можно указать определенные этапы или поколения. Например, в истории развития радиоэлектронных систем значительный период занимал этап конструирования РЭС с использованием электронных ламп. Он сменился этапом развития радиоэлектронных систем с применением полупроводниковых элементов, за которым последовал новый этап построения РЭС на основе интегральной схемотехники (интегральных микросхем и микропроцессоров).

Развитие микроэлектроники и вычислительной техники дало широкие возможности для применения в радиоэлектронике цифровых методов обработки и преобразования информации. Применение идей и методов цифровой обработки сигналов открывает принципиально новые возможности в различных областях радиоэлектроники и прежде всего в таких, как радиосвязь, радиолокация, радиоуправление.

Особенно широко используются в радиоэлектронике достижения таких разделов физики, как физика твердого тела, оптика. Успехи в области когерентной оптики, голографии и в других областях физики способствовали созданию и развитию оптических методов обработки и преобразования информации. Они нашли свое применение, например, в радиолокации (РЛА), в микроволновой технике и других областях.

В данной работе был выполнен расчет основных параметров РЛС, необходимых для обнаружения цели с заданными характеристиками. Был рассмотрен вопрос о двух конфликтующих сторонах, их средствах постановки помех и помехозащиты. Проведенные расчеты показывают, что при наличии достаточно полной информации о средствах противоположной стороны возможно как эффективное применение помех, так и их эффективное подавление.

Список используемой литературы

1. Логинов М.А., Роговой И.И., Чечельницкий М.И. Основы импульсной радиотехники и Радиолокации / Под ред. И.Г. Хорбенко. – М.: ВИМО СССР, 1968. 552 с.

2. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. – М.: Радиотехника, 2004. 320 с.

3. Радиоэлектронное оборудование /Под ред. Сидорина В.М.– М.: ВИ, 1990. 288 с.